| Sumario: | En esta tesis doctoral se ha desarrollado un modelo numérico que estudia el comportamiento termo- hidráulico-químico-mecánico acoplado para bentonitas, material utilizado como sistema de barrera de ingeniería en la gestión de residuos nucleares a largo plazo. El concepto de almacén geológico profundo para el almacenamiento de combustible nuclear gastado considera a la bentonita compactada como la principal barrera de ingeniería entre los residuos radiactivos encapsulados y la roca huésped. La capacidad de hinchamiento al entrar en contacto con el agua, la baja permeabilidad, la capacidad de sorción y la estabilidad a largo plazo son propiedades favorables que hacen de la bentonita un material adecuado para su uso en el sellado de las galerías de almacenamiento y de acceso, los pozos y otras excavaciones. Dado que la seguridad a largo plazo del almacenamiento de residuos radiactivos es un tema medioambiental de máxima importancia para las organizaciones de gestión de residuos nucleares de todo el mundo, se ha estudiado en detalle el comportamiento termo-hidro-mecánico de este material, tanto desde un punto de vista experimental como numérico. Sin embargo, muchas de las funciones de seguridad que se exigen a la barrera de bentonita compactada en los almacenamientos geológicos profundos dependen de procesos afectados por la composición del agua de los poros y los flujos de aguas subterráneas circundantes. Por lo tanto, el estudio del comportamiento químico se ha vuelto muy importante, tanto para la evaluación del transporte de especies a través de la matriz de arcilla como para la evaluación de su acoplamiento a otros fenómenos físico-químicos. Este es el punto de partida sobre el que se desarrolla esta tesis doctoral: la necesidad de un modelo termo-hidro-mecánico junto con un sistema geoquímico realista para la simulación del comportamiento de la bentonita de una manera más precisa. Esta tesis presenta el desarrollo de un modelo termo-hidro-químico-mecánico (THMC) aplicable al análisis del comportamiento de las barreras de bentonita en un depósito geológico. Para ello, en primer lugar, se revisaron los modelos existentes que pueden ser adecuados para simular el comportamiento térmico, hidráulico, químico y mecánico acoplado de las arcillas hinchables, y se analizaron sus debilidades y fortalezas, centrándose en el acoplamiento químico-mecánico. A continuación, se definió un sistema geoquímico extendido para una bentonita y se implementó en un modelo de transporte reactivo en COMSOL Multiphysics® (en una aproximación monolítica). Este módulo de transporte reactivo se acopló a un modelo THM desarrollado previamente por la UCLM (Universidad de Castilla-La Mancha). Este modelo se basa en el concepto de doble porosidad, en el que se diferencian los huecos dentro de los agregados de partículas (microestructura) y los que hay entre los agregados (macroestructura). El código numérico resultante se ha denominado Multiphysics-for-Thermo-Hydro-Chemo- Mechanics-in-bentonites (M4THMC-bento). La herramienta numérica ha sido convenientemente verificada y validada. En todos los ejercicios de verificación como en los casos de validación se han obtenido resultados muy satisfactorios. El modelo, al estar desarrollado en un entorno multifísico, presenta una gran capacidad de adaptación debido a su flexibilidad, que lo hace totalmente configurable a posibles cambios en el modelo conceptual, así como aplicable a una enorme gama de ensayos experimentales. Por último, se ha recopilado en una base de datos un conjunto de ensayos experimentales de hinchamiento de bentonitas en diferentes condiciones de confinamiento, temperatura y salinidad. Estos datos pueden ser útiles para ampliar el modelo a nuevos casos de validación.
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